高速铁路联调联试技术创新及工程实践

施卫忠

（中国铁道科学研究院，北京 100081）

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高速铁路联调联试技术创新及工程实践

施卫忠

（中国铁道科学研究院，北京 100081）

高速铁路联调联试是高速铁路建设的重要组成部分。对联调联试总体情况进行介绍，重点分析联调联试关键技术及评价体系，总结联调联试工作取得的创新成果，并通过京沪、京广等一批高速铁路技术创新和工程实践验证，形成了符合我国高速铁路建设特点的测试与验证技术，建立了完善的高速铁路联调联试技术体系，实现了高速铁路开通运营时一次达到设计速度，满足了不同速度等级高速铁路之间互联互通的要求，保障了高速铁路运行安全、平稳、舒适。工程实践证明，我国高速铁路联调联试技术体系是符合实际并行之有效的。

高速铁路；联调联试；技术创新；工程实践；互联互通

高速铁路联调联试是高速铁路建设的重要组成部分。为保证高速铁路工程达到设计目标，在新建高速铁路开通运营前，必须对所有系统及接口匹配关系进行测试、检验、调试、优化，通过联调联试使高速铁路各系统状态和整体系统性能满足标准要求，为高速铁路顺利开通、安全运行提供技术支撑。中国铁道科学研究院（简称铁科院），作为我国铁路唯一的多学科、多专业的综合性研究机构，在我国高速铁路发展中，发挥多专业综合优势，构建了测试技术先进、组织方法科学的高速铁路联调联试技术平台和评价体系，承担了全部新建铁路联调联试的测试工作。

1 联调联试总体情况

高速铁路是一项庞大的系统工程，建设标准高，综合性强，技术复杂，涉及工务工程、动车组、牵引供电、通信信号、运营调度、客运服务等众多子系统，各子系统间接口复杂又相对独立，其设备配置必须满足整体系统的功能要求，所有这一切决定了在高速铁路建设中应进行综合性的大系统调试，即开展联调联试。以动车组为核心的各系统主要接口关系见图1。

联调联试即高速铁路各系统间的综合联调，既含“调”，又含“试”，即调试所有子系统，通过联调联试经由大系统、子系统间的多次反馈与调整，使各子系统功能结构完整与合理，使整体系统功能达到最优，满足运输要求[1-2]。

联调联试主要包括轨道、接触网、供变电、通信、信号、客运服务、自然灾害及异物侵限监测、综合接地、电磁兼容、振动噪声、路基状况、路基及过渡段动力性能、桥梁动力性能、隧道气动效应、列车空气动力学性能、声屏障、安全门（屏蔽门）等17大项600余子项的测试内容。运行试验主要包括列车运行图参数测试、故障模拟和应急救援演练、按图行车试验等测试内容。

联调联试采用移动检测设备与地面测试设备相结合的测试手段，应用综合检测、时空同步校准、无线网络远程传输及控制、声源鉴别阵列等测试技术和数字化、网络化测试系统，以优化动车组与高速铁路工务工程、牵引供电、通信、信号、客运服务等系统功能、接口匹配关系为核心，以速度和安全为主线，按照逐级提速的方式对高速铁路固定设施和移动装备开展全方位的测试和调试，进行闭环控制[3-5]。

铁科院成功研发出的系列高速综合检测列车是联调联试最重要的移动检测设备之一，具备对轨道、动力学、接触网、通信、信号等系统数百个参数进行实时同步等速检测的能力和综合评价能力，解决了高速动车组的适应性改造设计、高速关键检测技术、电磁兼容设计、高速列车精确定位、大容量数据传输等一系列技术难题，实现了高速、高精度、高可靠性的综合检测，提升了我国高速铁路的系统集成能力，为确保高速铁路安全运营提供了科学的方法、手段和装备。

2 联调联试关键技术

CRH380BJ-0301高速综合检测列车

联调联试除了对各系统功能和性能进行调试外，更重要的是从轮轨关系、弓网关系、列车控制等方面检测、调试、优化各系统间的接口功能，使高速铁路整体系统的功能达到最优，满足运输要求，降低日常使用对高速铁路的损耗，降低维修成本，延长高速铁路整体的使用寿命。

图1 以动车组为核心的各系统主要接口关系

2.1 轮轨关系

轮轨关系与高速列车的运行安全性和旅客乘坐舒适性密切相关，为满足高速铁路对轨道系统的平顺性和稳定性要求，通过测试轮轨垂直力、水平力，以及钢轨、轨枕垂向和纵向位移等关键参数，可及时发现轨道变形和线路不平顺的区段，以优化轮轨间的匹配关系，提高线路平顺性。

测试内容：轨道状态检测、车辆动力学响应测试、轨道结构动力性能测试、道岔动力性能测试。

调试内容：根据轨道动静态检测数据的综合分析，对轨道几何形位和结构状态进行精调细整，提高轨道平顺性，使轮轨关系匹配良好，进一步提高行车的安全性、平稳性和乘坐舒适度。

2.2 弓网关系

弓网关系是否稳定是动车组能否正常受流的主要条件，为满足高速动车组在受电弓高速滑行条件下的安全、平稳受流需求，通过弓网关系的联调联试，检测弓网动态接触力、燃弧率、接触线平顺性等技术参数，发现接触网不合格区段。根据测试结果调整接触网，实现弓网的最优匹配。

测试内容：接触网几何参数检测、接触线平顺性检测、弓网受流性能测试、接触网性能测试、动车组自动过分相性能测试。

调试内容：接触网整锚段接触线高度平顺性调整，接触网拉出值超标处理，对隧道、低净空桥、接触网非工作支下锚处进行电气绝缘检查和调整，对接触网开关设备控制功能、关键受力件进行复查和调整等。

2.3 列车控制

列车运行控制系统（简称列控系统）是保证高速列车运行安全的核心系统。为满足复杂电磁环境下列控系统车地信息传输、海量信息处理和车载设备控车的安全性、可靠性和实时性需求，列控系统采用多项前沿信息技术。列控系统的联调联试通过在区间和现场设置各种不同运营场景，检测信号系统和牵引供电、运营调度、动车组等系统的接口，全面检验ATP控车的可靠性，测试结果将为高速铁路安全评估和系统调整提供重要依据。

测试内容：信号设备状态检测、CTCS-3级列控系统功能测试、CTCS-2级列控系统功能测试、车站联锁系统相关功能测试、CTC系统测试。

调试内容：根据列控系统功能测试结果，对列控系统进行调试与整改，包括系统软件、工程数据、接口关系与施工质量等；结合列控系统功能测试，对车站联锁系统进行调试。

2.4 列车空气动力学

随着动车组运行速度的进一步提高，列车进入隧道产生的压力变化会引发一系列空气动力学效应，对旅客舒适度、环境噪声、行车安全构成影响。

为解决高速条件下的空气阻力，降低气动噪声、交会压力波等空气动力学问题，通过对动车组、工务工程及噪声振动的联调联试，测试隧道内瞬变压力、微气压波、列车风和动车组内外压力波等参数，验证动车组高速运行交会时交会压力波对气密强度、运行稳定性和气动噪声的影响；验证动车组高速通过隧道时对气密强度、车内压力变化、微气压波和隧道设施的影响；验证在遇侧风时动车组高速运行的倾覆安全性，对旅客舒适性和行车安全性进行评价。结合试验数据和结果，应用理论分析、仿真计算和试验模拟，实现动车组流线形车头和动车组整体气动外形的优化。

3 联调联试评价体系

在联调联试过程中，需要对高速铁路各系统接口匹配关系、整体运行性能、安全性及环境保护等进行系统评价，依据评价结果指导系统调整与优化，控制或消除系统可能发生的故障或事故，最大限度实现系统的功能。

为检验和评价整体系统，依据相关标准、规范、技术条件建立了联调联试评价体系。在评价体系中，应用系统工程学的原理和方法，结合工程实践，通过识别系统中的各种危害因素，基于系统安全性、可靠性、可用性及可维护性前提下，明确了联调联试及运行试验评价指标和相应标准，构建了科学的系统评价体系，用于高速铁路系统的动态测试、综合评估、多次调试和反复验证，使系统的功能、系统间的匹配关系达到设计要求。依据评价体系，对各系统、系统间接口、系统与外部接口进行评价。联调联试系统评价指标体系结构见图2。

4 联调联试技术创新

4.1 联调联试组织管理技术创新

按照系统论的方法，组织制定各系统的联调联试大纲和实施计划，确定了涵盖工务工程、动车组、牵引供电、通信信号、运营调度和客运服务等6大系统。

建立了统一的指挥机构和高效的工作机制，系统协调科研、设计、施工、运营和设备供应商等参试单位联合行动，保证了高速铁路联调联试工作顺利开展和不同专业的调试任务有序进行。

规范了联调联试工作流程，将联调联试分为各子系统调试、综合试验、试运行3个阶段。通过制定详细、周密的联调联试计划（概要计划、总体计划、日计划）和建立例会制度，快速协调解决出现的问题，有效管理、控制关键任务的进度与实施，保证了各系统、各专业试验项目的有机结合，实现了各项试验安全、有序、高效的进行。

4.2 检测技术和手段的完善和创新

随着高速铁路联调联试工作的开展与深化，开发出一大批配套的测试技术及设备，不仅大大提高了联调联试的测试精度，也缩短了测试时间。

研发了有效、准确、先进、可靠的测试系统和测试技术，主要包括光纤传感器、传感器网络、激光测试、雷达测试、微波测试、图像识别、无线传输等测试系统，以及数字化、网络化、小波变换、频谱分析、趋势预测、统计分析、多元数据融合分析、系统辨识等测试技术，提升了我国高速铁路测试与数据处理的技术水平。

自主研发了持续检测速度350 km/h高速综合检测列车，可实现对基础设施进行同步等速检测与综合数据处理，大大提高了联调联试的质量和效率。通过脉冲传输网络、里程校准网络、数据网络，将整车各检测系统有机结合，实现了对数百个参数进行同步检测、精确定位和集成分析。

在地面测试设备方面，开发了前端数据处理软件及采集系统，进一步提升数据处理软件的自动化程度；升级了后端软件处理系统的数据处理及统计模块，减少人为因素对试验结果的影响；增加了模态与动力学分析系统，实现了现场试验中锤击、激振器和环境激励等方式下多输入多输出模态试验数据的分析功能。在硬件方面，针对现场测试的特点，将数据传输设备由3G升级至4G，传输速度更快，更加稳定；增加了传感器防护工具，改进部分传感器外部结构，提高传感器的适用性，实现采集系统远程状态查询、参数设置等一系列远程控制。

图2 联调联试系统评价指标体系结构

4.3 试验验收和综合评价体系创新

为保证高速铁路的顺利建设，结合高速铁路特点，有针对性地对高速铁路安全评估和技术管理组织科技攻关。根据系统工程学的原理和方法，建立了高速铁路安全评估方案，完善了系统安全评估方法，构建了系统安全性、可靠性、可用性及可维护性的科学评价指标体系。

联调联试评价体系相关标准、规范等文件的发布，为联调联试工作中各层面的测试、调试工作提供指导依据，标志着我国高速铁路系统评价体系的建立和逐步完善。

5 联调联试工程实践

自2008年起，铁科院先后完成了京津、京广、京沪、哈大、杭长、合福、兰新、贵广、郑徐等90余条（段）2万余km铁路联调联试任务，其中300 km/h及以上线路共1万余km。

20世纪90年代初，我国开始高速铁路研究，对高速铁路的设计建造、高速列车、运营管理、验证试验等关键技术组织攻关，开展了大量科学研究。

1997—2007年10年间，我国铁路先后进行了6次大提速，特别是在第六次大提速试验期间，通过既有线200～250 km/h提速综合试验，对系统功能进行检测、调整，对测试手段、分析方法、调试技术进行探讨，初步形成了我国铁路联调联试的雏形。

通过京津城际高速铁路联调联试的工程实践，形成了我国高速铁路联调联试、动态检测及运行试验模式，建立了我国高速铁路联调联试所采用的测试技术和评价体系。

通过京沪高速铁路联调联试工程实践，实现了350 km/h高速铁路全面、系统、长距离持续运行的检测验证试验，全面系统掌握了高速铁路联调联试测试技术，丰富了高速铁路系统检测方法，完善了高速铁路工程检测手段，构建了科学系统的评价指标，验证了高速铁路整体功能和性能达到设计要求。

通过哈大、长吉、兰新、沪昆等高速铁路联调联试工程实践，掌握了高原、高寒、大风、山区高速铁路联调联试技术，进一步丰富和完善了符合我国高速铁路建设特点的工程检测评价体系。

通过实施高速铁路联调联试、动态检测和运行试验，满足了高速铁路一次达到设计速度开通运营的要求，实现了不同速度等级高速铁路间的互联互通，保障了高速铁路运行安全、平稳、舒适。工程实践证明，我国高速铁路联调联试技术体系是符合实际并行之有效的。

6 结束语

通过一大批高速铁路联调联试的应用实践，成功研发了以400 km/h高速综合检测列车为代表的综合测试系统和一系列数字化、网络化测试设备，提出了系统分析和评价方法，形成了《高速铁路联调联试及运行试验技术规范》《高速铁路工程动态验收技术规范》等一系列技术成果，建立了符合我国高速铁路建设特点的联调联试成套技术体系。

通过多年的技术积累，我国联调联试技术体系已具有了一定的国际影响力。铁科院牵头承担了UIC《高速铁路动态测试与运行试验》标准的编制工作，并开始逐步承担“走出去”方面的相关任务；参加并完成了沙特麦加轻轨铁路联调联试和土耳其安卡拉—伊斯坦布尔Ⅱ期工程总体动态测试技术咨询；目前正在积极开展肯尼亚蒙内铁路、印尼雅万高铁的联调联试准备工作。

在中国铁路总公司及铁路局、客专公司等单位的领导和支持下，作为中国铁路总公司铁路科技创新研发中心和最高院府的铁科院，将继续发扬笃真求卓、创新致远的企业精神，坚持领导高度重视、各方一致认同、统一规划推进、持续改进创新的原则，精心组织、精心计划、精心测试、精心管理，不断总结经验，深化完善高速铁路测试技术和评价体系，努力把高速铁路建设成为技术创新工程、质量精品工程、资源节约工程、环境友好工程、社会和谐工程，为全面建成小康社会作出更大贡献。

[1] 杨宏图．高速铁路联调联试和运行试验的组织与实施[J]．中国铁路，2013(1)：30-34．

[2] 魏亚辉．高速铁路联调联试计划管理[J]．中国铁路，2015(12)：10-13．

[3] 何华武．高速铁路运行安全检测监测与监控技术[J]．中国铁路，2013(3)：1-7．

[4] 康熊，王卫东，李海浪．高速综合检测列车关键技术研究[J]．中国铁路，2012(10)：3-7．

[5] 王卫东，顾世平，高利民，等．高速铁路基础设施综合检测技术[J]．铁路技术创新，2015(2)：11-16．

责任编辑 高红义

Technical Innovations and Engineering Practices of HSR Integrated Commissioning and Test

SHI Weizhong
（China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

Integrated commissioning and test (ICT) is an integral part of high-speed railway construction. This paper introduces the overall situation of the ICT, focusing on the key technology and evaluation system of the ICT, and summarizes the innovations achieved during ICT processes. During the verif ed technical innovations and engineering practices in a batch of high-speed railway projects such as Beijing-Shanghai HSR and Beijing-Guangzhou HSR, test and verification technologies in line with China's high-speed railway construction characteristics have been formed, a sound high-speed railway ICT technology system has been established, top design speed can be met during the f rst operation after the HSR opens to traff c, HSRs of different speed levels are interoperable with each other, and the safety, smoothness and comfort of HSR operation is ensured. Engineering practices have proved that China's technical system of HSR integrated commissioning and test conforms with practical conditions and is effective.

high-speed railway；integrated commissioning and test；technical innovation；engineering practice；interoperability

U238；U29-3

A

1001-683X（2017）02-0001-06

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.02.001

2017-01-19

施卫忠（1963—），男，中国铁道科学研究院党委书记